SciELO - Scientific Electronic Library Online

 
vol.16 issue1Use of Special Clays for Wastewater TreatmentDetermination of Emission Factors of Volatile Organic Compounds of Two Native Tree Species in Chile's Metropolitan Region author indexsubject indexarticles search
Home Pagealphabetic serial listing  

Services on Demand

Journal

Article

Indicators

Related links

Share


Información tecnológica

On-line version ISSN 0718-0764

Inf. tecnol. vol.16 no.1 La Serena  2005

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642005000100003 

 

Información Tecnológica-Vol. 16 N°1-2005, págs.: 11-15

MEDIO AMBIENTE

Bioadsorción de Cromo (VI) en Solución Acuosa por la Biomasa Celular de Cryptococcus neoformans y Helminthosporium sp

Biosorption of Chromium (VI) from Aqueous Solutions by Fungal Biomass of Cryptococcus neoformans and Helminthosporium sp

I. Acosta, M. G. Moctezuma-Zárate, C. Gutiérrez y X. Rodríguez.
Centro de Investigación y de Estudios de Posgrado. Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Av. Dr. Manuel Nava No. 6. Zona Universitaria. C.P. 78320. San Luis Potosí, S.L.P., México. (email: iacosta@uaslp.mx)


Resumen

Se determinó la bioadsorción de Cromo (VI) en solución por la biomasa celular de la levadura capsulada Cryptococcus neoformans y del hongo micelial Helminthosporium sp, por el método colorimétrico de la difenilcarbazida. La biomasa de C. neoformans fue más eficiente en la remoción de Cromo (VI) en solución (98%) que la de Helminthosporium sp (65%). La mayor bioadsorción para C. neoformans fue a pH=2.0 +/- 0.2, mientras que para Helminthosporium sp fue a pH=4.0 +/- 0.2, ambas a 28oC durante 24 horas con 0.2 mg/L de biomasa celular. Se concluye que las biomasas fúngicas remueven eficientemente Cromo (VI) en solución y pueden utilizarse para descontaminar nichos acuáticos contaminados con este metal.


Abstract

A determination was made on the biosorption of dissolved Chromium (VI) using cellular biomass of the encapsulated yeast Cryptococcus neoformans and the mycelial fungus Helminthosporium sp. using a diphenylcarbazide colorimetric method. The C. neoformans biomass was more efficient in removing Chromium (VI) from solution (98%) than the Helminthosporium sp. (65%). The highest biosorption for C. neoformans was at pH 2.0 + 0.02, while for Helminthosporium sp this occurred at pH 4.0 + 0.2 , both at 28°C for 24 h employing 0.2 mg/L of cellular biomass. It is concluded that the fungal biomasses efficiently removed Chromium (VI) from solution and could be used for decontamination of aquatic habitats polluted with this metal.

Keywords: pollution control, chromium (VI), biosorption, fungal biomass, wastewater


 

INTRODUCCIÓN

Suelos y aguas de ciertas zonas de la República Mexicana, se caracterizan por los altos niveles de cromo originados en las actividades mineras y algunas industrias tales como producción de acero, cemento y curtido de pieles. El uso de lodos de aguas negras o de fertilizantes con diferentes concentraciones del catión, en algunas prácticas agronómicas, son otros de los factores contribuyentes a la contaminación ambiental por el metal.

El cromo se encuentra presente en agua y suelo principalmente en dos formas de oxidación: Cr (III) o Cr (VI), pero también puede encontrarse como óxido de cromo, sulfato de cromo, trióxido de cromo, ácido crómico y dicromato (Zouboulis et al., 1995). En presencia de la materia orgánica, el Cr (VI) presente en aguas y suelos es reducido a Cr (III); sin embargo,  las altas concentraciones del ión en estado hexavalente pueden sobrepasar esta capacidad de reducción, lo que impediría su adecuada eliminación (Cervantes et al., 2001).

Pese a que el cromo es un elemento esencial para hombres y animales, niveles elevados de este metal (15 mg en agua de ríos y 0.10 mg /L en agua potable) resultan tóxicos en estos seres vivos. Particularmente, el Cr (VI) tiene efectos carcinogénicos en animales (Losi et. al., 1994) y mutagénicos en humanos y bacterias (Viti et. al., 2003).

El Cr (VI), se encuentra en solución como CrO42- (Cotton y Wilkinson, 1980), puede removérsele por reducción, por precipitación química, por adsorción y por intercambio iónico (Cervantes et al., 2001). Actualmente, el proceso más utilizado es la adición de un agente reductor que convierta el Cr (VI) a Cr (III), posteriormente se le precipita con soluciones básicas a Cr(OH)3 (Campos et al., 1995).

Recientemente, se ha estudiado el uso de metodologías alternativas, como la reducción de Cr (VI) a Cr (III) por Pseudomonas sp (McLean y Beveridge, 1991), Desulfobrivio desulfuricans (Mabbett et. al. 2004), Candida maltosa  (Ramírez-Ramírez et. al. 2004), la recuperación de Cr (VI) por lirio acuático (Álvarez, et. al., 2004) y la bioadsorción del mismo por biomasas fúngicas (Acosta et.al., 2004).

Este trabajo se propuso estudiar la Bioadsorción de Cromo (VI) por las biomasas fúngicas de la levadura capsulada Cryptococcus neoformans y el hongo  Helminthosporium sp.

 

METODOLOGÍA

Bioadsorbentes

Se utilizaron dos biomasas celulares: la levadura capsulada C. neoformans, aislada de una tenería de la ciudad de León, Guanajuato, México (temperatura media anual de 18.86oC y 1786 metros sobre el nivel del mar), y el hongo dematiáceo Helminthosporium sp, resistente a zinc, cobre y plomo, aislada del aire de una zona cercana a una planta procesadora de zinc en San Luis Potosí, S.L.P, México (temperatura media anual de 18.67oC y 1860 metros sobre el nivel del mar).

Obtención de la biomasa celular

El crecimiento de los hongos se llevó a cabo inoculando 1 x 106 células/mL en caldo tioglicolato (8 g/L), a 28oC con agitación constante (100 rpm). 4 días después de la incubación, se obtuvo la biomasa por filtración en papel Whatman No. 2. Posteriormente se centrífugo (3000 rpm, 5 min), se lavó 3 veces con agua tridesionizada, se secó (80oC, 2 h) en estufa bacteriológica, se molió en mortero y se guardó en frascos de vidrio ámbar a temperatura ambiente hasta su utilización.

Soluciones de Cr (VI)

Se trabajó con 200 mL de una solución de 0.2 mg/L de concentración de Cr (VI) obtenida por dilución de una solución patrón de 71.86 mg/L preparada en agua tridesionizada a partir de K2CrO4. Se ajusto el pH de la dilución a analizar con H2SO4 1 M, antes de adicionarla a  las biomasas celulares.

Estudios de bioadsorción

80 mg de biomasa celular se mezclaron con 200 mL de una solución de 0.2 mg/L de concentración del metal (pH= 2.0 +/-0.2 y 28oC) y se incubaron con agitación constante (100 rpm) durante 24 h. A diferentes tiempos se tomaron alícuotas de 5 mL cada una, se centrifugaron a 3000 rpm (5 min), y al sobrenadante respectivo se le determinó la concentración de Cr (VI).

Determinación de la concentración de Cr (VI)

Utilizando el método colorimétrico de la difenil- carbazida (desarrollo de coloración rosa violeta) se midió la concentración de Cr (VI) en solución. A las muestras (5 mL), que contenían 0.2 mg/L de Cr (VI) se les añadió 0.5 mL de una solución de H2SO4 1:1 (v/v), 0.1 mL de ácido fosfórico al 85% (v/v) y 1.0 mL de 5-difenilcarbazida en etanol absoluto, se incubaron durante 10 minutos a temperatura ambiente, y se les leyó la  absorbancia a una longitud  de onda de 540 nm (Greenberg et al., 1992).

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se analizó el efecto del tiempo y la temperatura de incubación, el pH y la  concentración inicial del metal sobre la bioadsorción de Cr (VI) por las biomasas de C. neoformansHelmin -thosporium sp. En relación con el tiempo de incubación, se encontró que la mayor bioadsorción ocurre a las 24 h, para ambas biomasas, aunque C. neoformans resultó más eficiente que Helminthosporium sp. Ver figura 1. Los resultados anteriores, revelan que después de 24 h, los porcentajes de sustracción  del metal no variaron en ambos  microorganismos. La literatura (Zouboulis et al., 1995) reporta una situación semejante cuando se trabajó con soluciones de pirita y para la fase micelial del hongo Mucor rouxii  (Martínez et. al. 1994). Cambios en la permeabilidad de la pared celular fúngica, de origen desconocido, podrían explicar en parte las diferencias encontradas en el tiempo de incubación, proporcionando mayor o menor exposición de los grupos amino de la quitina en las dos biomasas analizadas (Kratochvil y Volesky, 1998).

Por su parte la figura 2 muestra la influencia del pH inicial sobre la eficiencia de remoción. La mayor actividad se evidenció a pH 2.0 + y a 4.0 + 0.2, para C. neoformans y para Helmin-tosporium sp, respectivamente. Los contrastes observados en la remoción del metal a diferentes pHs, pueden deberse a la naturaleza de las interacciones químicas del metal con las células fúngicas. Algunos investigadores han encontrado el pH óptimo para la remoción de Cr (VI) por la turba (Sharma y Forster, 1993), por algas marinas (Kratochvil y Volesky, 1998), las biomasas de las algas verdes Chlorella vulgaris y Cladophora crispata, de los hongos Rhizopus arrhizus y Saccharomyces cerevisiae en un rango de 1.5-2.5 (Nourbakhsh et al., 1994). Viti, et. al., 2003, revelaron que si bien el Cr (VI) se consigue eliminar por la acción de las biomasas, otras cantidades considerables del catión pueden ser reducidas a Cr (III), mejorándose así la eficiencia del proceso.

 

Fig. 1: Efecto del tiempo de incubación sobre la bioadsorción de Cromo (VI). 0.2 mg/L, 80 mg de biomasa, 28°C con agitación constante (100 rpm). C.neoformans y < Helmintosporium sp.

 

Fig. 2: Efecto del pH sobre la biadsorción de Cromo (VI). 0.2 mg/L 80 mg de biomasa, 28°C, 24 h de incubación con agitación constante (100 rpm). C.neoformans y < Helmintosporium sp.

 

En lo que tiene que ver con la temperatura, la más alta remoción se observó para ambas biomasas a 28oC, (Fig. 3). De otra parte, la literatura (Kratochvil y Volesky, 1998; Martínez et. al. 1994) sostiene que la bioadsorción generalmente ocurre a temperatura más bajas, en este trabajo sucedió a 28oC; resultados que no son coincidentes con los de Nourbakhsh et al., (1994), quienes observaron que a 25oC ocurre la adsorción del mismo metal para Zoogloe ramigera  (bacteria aislada a partir de lodos  de alcantarillas), C. crispata y S. Cerevisiae, y de 35oC para R. arrhizus.

A bajas concentraciones (0.2 mg/L), las biomasas objeto del interés de este trabajo, mostraron las mejores respuestas de remoción del  metal, tal como lo deja ver la figura 4. Los autores anteriormente mencionados sostienen  que la cantidad de metal eliminado por las biomasas de diferentes microorganismos, tales como C. vulgaris, aumenta en proporción directa con el incremento de la concentración del ión metálico en solución. De nuevo se encuentran discrepancias con los resultados de esta investigación, por cuanto las dos biomasas utilizadas en el estudio mostraron la mayor capacidad de bioadsorción a baja concentración (0.2 mg/L).

Importa mencionar que la cantidad de Cr (VI) removido por cada litro de agua, resulta tres veces superior a los valores reportados por Armienta-Hernández y Rodríguez-Castillo (1995) en aguas residuales de la ciudad de León,   Gto-México: Sin embargo, se asemejan a los resultados de Nourbakhsh et al., (1994) para R. Arrhizus y C. vulgaris y a los de Ramírez-Ramírez et. al. (2004) para C. maltosa.

Se desconocen las razones que expresan las diferencias de bioadsorción de Cr (VI) de las biomasas estudiadas en este trabajo. La explicación podría estar en la naturaleza química de la cápsula de C. neoformans, constituida por polímeros de xilosa, manosa y ácido glucurónico y en la quitina y glucana de la pared celular de Helmintosporium sp. Estos componentes proporcionarían puntos de unión para el metal, tales como grupos amino y carboxilo; adicionalmente el oxígeno y el nitrógeno de las uniones peptídicas pueden desplazar protones, dependiendo en parte del grado de protonación determinado por el pH (Sharma y Forster, 1993; Aksu et al., 1990).

 

Fig. 3: Efecto de la temperatura de incubación sobre la bioadsorción de Cromo (VI). 0.2 mg/L, 80 mg de biomasa, 24 h de incubación con agitación constante (100 rpm).

 

Fig. 4: Efecto de la concentración sobre la biadsorción de Cromo (VI) en solución. 80 mg de biomasa/200ml, 28°C, 24 h de incubación con agitación constante (100 rpm).

 

CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos muestran que las biomasas fúngicas analizadas remueven Cr (VI) en solución. A las concentraciones estudiadas, C. neoformans  puede  utilizarse  para

eliminar el Cr (VI) presente  en aguas residuales industriales, sólo o mezclado con la biomasa de Helminthosporium sp, que tiene menor capacidad de bioadsorción que la levadura, pero mayor a otras biomasas reportadas en la literatura.

La aplicación de la bioadsorción en la purificación de aguas residuales presenta un gran potencial, pues las biomasas fúngicas son naturales, se pueden obtener en grandes cantidades, son baratas y pueden remover selectivamente diferentes iones metálicos de soluciones acuosas (Kratochvil y Volesky, 1998).

 

REFERENCIAS

Acosta, I., X. Rodríguez, C. Gutiérrez y M.G. Moctezuma-Zarate, Biosorption of Chromium (VI) from aqueous solutions onto fungal biomass, Bioinorganic Chemistry Applications: 2 (1,2) 1-7 (2004).         [ Links ]

Aksu, Z.A., Y. Sag, y T. Kutsal, A comparative study of the adsorption of Chromium (VI) ions to C. vulgaris and Z. ramigera, Environmental Technology 1, 33-40 (1990).        [ Links ]

Álvarez, S.G., M. Maldonado, M. Gerth, y P. Kuschk, Caracterización de agua residual de curtiduría y estudio del lirio acuático en la recuperación de Cromo, Inf. Tecnol: 15 (3), 75-80 (2004).        [ Links ]

Armienta-Hernández, M. y R. Rodríguez Castillo, Environmental exposure to Chromium compounds in the valley of León, México, Environ, Health Persp: 103, 47- 51(1995).        [ Links ]

Campos, J., M. Martínez-Pacheco y C. Cervantes, Hexavalent chromium reduction by a chromate-resistant Bacillus sp strain,  Antonie van Leeuwenhoek: 68, 203-208 (1995).        [ Links ]

Cervantes, C., J. Campos-García, S. Devars, F. Gutiérrez-Corona, H. Loza-Tavera, J.C. Torres-Guzmán y R. Moreno-Sánchez, Interactions of chromium with microorganisms  and plants, FEMS Microbiology Review 25, 333-347 (2001).        [ Links ]

Cotton, F.A. y G. Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry, 4a Ed. Chichester, Uk;  John Wiley&Sons, (1980).        [ Links ]

Greenberg, A.E., L.S. Clesceri y A.D. Eaton, Standard methods for the examination of water and wastewater, 18a edición. American Public Health Association, Washington, D.C. 3.58-3.60 (1992).        [ Links ]

Kratochvil, D. y B. Volesky, Advances in the biosorption of heavy metals, TIBTECH: 16, 291- 300 (1998).        [ Links ]

Losi, M.E., C. Amrhein, y W.T. Frankenberger, Environmental biochemistry of Chromium, Rev Environ Contam Toxicol: 136, 91-131 (1994).        [ Links ]

Mabbett, A., Y. Ping, J. Peter, G. Farr, y L. Macaskie, Reduction of Cr (VI) by “palladized” biomass of Desulfovibrio desulfuricans ATCC 29577, Biotechnology and Bioengineering, 87 (1), 104-109 (2004).        [ Links ]

Martínez, V.M., M.G. Moctezuma e I. Acosta, Captación de metales pesados por la biomasa celular del hongo Mucor rouxii, Biotecnología: 4(1), 17-20 (1994).        [ Links ]

McLean, J. y T.J. Beveridge, Chromate reduction by a pseudomonad isolated from a site contaminated with chromated copper arsenate, Appl Environ Microbiol: 67, 1076-1084 (2001).        [ Links ]

Nourbakhsh, M., Y. Sag, D. Ozer, Z. Aksu, T.A.  Kutsal y A. Caglar, A comparative study of various biosorbents for removal of Chromium(VI) ions from industrial waste waters, Process Biochemistry: 29, 1- 5 (1994).        [ Links ]

Ramírez-Ramírez, R., C. Calvo-Méndez, M. A.  Avila-Rodríguez, P. Lappe, M. Ulloa, R. Vázquez-Juárez y J.F. Gutiérrez-Corona, Cr(VI) reduction in a Chromate-resistant strain of Candida maltosa isolated from the leather industry, Antonie van Leeuwenhoek: 85, 63-68 (2004).        [ Links ]

Sharma, D.C. y C.F. Forster, Removal of hexavalent chromium using moss peat, Wat. Res: 27, 1201- 1208 (1993).        [ Links ]

Viti, C., A. Pace, y L. Giovenneti, Characterization of Cr(VI)-resistant bacteria isolated from Chromium-contaminated soil by tannery activity, Current Microbiology: 46, 1-5 (2003).        [ Links ]

Zouboulis, A.I., K.A. Kydros y K.A. Matis. Removal of hexavalent Chromium anions from solutions by pyrite fines, Wat Res: 29 (7), 1755-1760 (1995).        [ Links ]

Creative Commons License All the contents of this journal, except where otherwise noted, is licensed under a Creative Commons Attribution License